谐振器耦合环状结构的光学参数调控及其在滤波与传感中的应用研究

本研究针对射频(RF)滤波与表面等离子体激元(SPP)传感需求，设计了一维非对称环状结构(1D loop)与六谐振器耦合的光子滤波器，及二维金属-绝缘体-金属(MIM)等离子体纳米传感器。通过几何参数优化实现GHz频段三共振模式(传输率>90%)，可见光区折射率传感灵敏度达912.3 nm/RIU，为葡萄糖监测、食品安全检测等提供新方案。

　　

研究背景
在射频(RF)技术与纳米光子学交叉领域，如何实现高精度频率选择与微量物质检测是两大核心挑战。传统RF传感器虽已用于血糖监测（如非侵入式葡萄糖检测）和食品掺假识别（如牛奶、蜂蜜分析），但存在灵敏度不足、体积庞大等问题。与此同时，表面等离子体激元(SPP)因其突破衍射极限的特性，在MIM波导结构中展现出纳米级光操控潜力，但多参数耦合机制尚不明确。

研究方法
研究团队采用界面响应理论建立非对称环状结构模型，通过格林函数逆矩阵(^-1g_L^?)解析电磁波传输特性，结合双曲函数参数(C_i=cosh(α_id_i), S_i=sinh(α_id_i))优化几何尺寸。对2D等离子体传感器，通过有限元法模拟折射率变化与共振波长偏移关系。

研究结果

1. Comparative analysis of transmission rates
   三结构对比显示：单纯谐振器在100/120 GHz呈现窄带峰值（Q因子>200），而环-谐振器耦合结构实现宽带滤波（3共振峰，d₁/d₂不对称性提升频带隔离度）。

2. Theoretical model
   推导出α_i=-j(2π?/C)√??关系式，证实环状结构尺寸(d₁≠d₂)通过双曲函数项(F₁C₁/S₁+F₂C₂/S₂)调控模式分裂。

3. Conclusion
   1D滤波器实现毫米级尺寸(几何参数0.1-5 mm)与GHz频段精准调控，2D传感器灵敏度912.3 nm/RIU（检测限DL=0.005 RIU），适用于生物分子检测。

意义与展望
该工作通过参数化设计打通了宏观RF器件与纳米光学器件的性能关联，El-Aouni Mimoun等人提出的双曲函数调控模型为多功能集成器件提供新思路。成果发表于《Optik》，对发展便携式医疗检测设备和微型光谱仪具有重要参考价值。